劉建花

（晉中師范高等?？茖W校數(shù)理科學系，晉中 030600）

0 引言

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在數(shù)字化校園系統(tǒng)中的作用主要是通過分析高校中各種類型的大量數(shù)據(jù)為高校制定各項決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，以此來不斷提高學校教學、管理、服務的各項水平。

1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)下數(shù)字化校園系統(tǒng)中的重要性

1.1 實現(xiàn)智能化教學

在高校的數(shù)字化教學中，學生可自主式學習，與老師、同學互動留言，提高學生對時間的利用率。智能化教學將每個學生的學習過程進行記錄，教師根據(jù)學生的學習情況進行合理的課堂設(shè)計，對學生針對性的教學和輔導。

1.2 提高學校管理效率

在數(shù)字化校園系統(tǒng)中，學校將網(wǎng)站中的一些留言、發(fā)表的稿子以及一些評論的數(shù)據(jù)信息分析處理后，對教師的教學效果進行預測，對教學活動進行更好地管理和服務。

1.3 實現(xiàn)智能化服務

系統(tǒng)將用戶數(shù)據(jù)和資料進行管理和整合，用戶登錄平臺對身份識別驗證后獲取相應的使用權(quán)限，享受其對應的功能服務。

2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)下數(shù)字化校園系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 總體技術(shù)架構(gòu)

在數(shù)字化校園中，從上至下由四個方面進行建構(gòu)：一是業(yè)務系統(tǒng)應用層。有校教務管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡教學和成績管理系統(tǒng)以及檔案管理系統(tǒng)等。二是平臺管理層。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將應用層的數(shù)據(jù)進行收集、篩選、備份、分析、整理，讓數(shù)據(jù)系統(tǒng)化。三是網(wǎng)絡綜合層。有校園網(wǎng)、移動網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，利用無線技術(shù)和IP技術(shù)，將網(wǎng)絡信息進行全面覆蓋，收集更多數(shù)據(jù)。四是感知層。通過GPS、RFID以及傳感器等設(shè)備對校園中的信息進行采集、處理和篩選，然后傳輸?shù)叫畔⑵脚_中。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

借鑒其他學校數(shù)字化校園系統(tǒng)構(gòu)建的經(jīng)驗，將管理、科研、教學、安全、生活等方面結(jié)合，為教師和學生構(gòu)建數(shù)字化的校園環(huán)境。

（1）校務和辦公自動化。整個數(shù)字化校園的重要的環(huán)節(jié)，所有業(yè)務都在系統(tǒng)上完成，包括教職工任務，領(lǐng)導審批，有效提高效率，真正實現(xiàn)辦公無紙。

（2）智能教學。教師的教學計劃、學生的考試、閱卷、成績的錄入等環(huán)節(jié)都在系統(tǒng)上進行。

（3）教研查詢。教師可以將課研成果，包括科研論文、教案、教學經(jīng)驗的總結(jié)以及教學視頻等資源上傳到系統(tǒng)進行展示和交流，相互分享。在課題管理系統(tǒng)中，方便申報課題與中期檢查，教研人員節(jié)省了報告的時間。

（4）智能平安校園。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，植物灌溉和養(yǎng)護、照明、門禁、監(jiān)控以及報警實現(xiàn)智能化，既節(jié)省費用，也提高效率。

（5）智能校園生活。采用無限射頻識別技術(shù)，學生只需要一部手機，實現(xiàn)電子簽到、超市購物、費用繳納等功能。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字化校園構(gòu)建中用到的技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘算法：

（1）云計算：主要對虛擬化的資源進行分配，對數(shù)據(jù)進行整理和量化。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：將數(shù)據(jù)信息、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及遠程操作等技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)智能化。

（3）移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：提供安全的網(wǎng)絡環(huán)境，實現(xiàn)對人員的動態(tài)管理，使得生活更加便捷。

（4）決策樹方法一般用于將數(shù)據(jù)分類，由構(gòu)造樹和修剪樹兩個過程。先開始使用初始數(shù)據(jù)生成測試函數(shù)，依據(jù)所得到的值生成樹的分支，重復步驟，再各個分支上再生成下一層的分支和結(jié)點，這樣生成的樹稱之為決策樹，然后再對決策樹進行修剪，最后生成規(guī)則。該算法有ID3、IBLE等。

3 數(shù)字化校園系統(tǒng)中成績管理系統(tǒng)的評估模型分析

本校學生最終考試成績由平時成績和期末成績決定，平時成績占40%，期末成績占60%，考試形式有筆試、機試、論文、表演等，考試方式有考查和考試兩種?？纪旰笥纱n老師登錄成績管理系統(tǒng)提交成績生成最終考試成績。

在成績管理系統(tǒng)中，為了分析考試成績數(shù)據(jù)，第一項將成績數(shù)據(jù)進行預處理，第二項將連續(xù)成績數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)據(jù)，第三項利用決策樹中ID3算法進行屬性歸納出成績規(guī)則，第四項教師和學生進行相應的分析評估。

數(shù)據(jù)預處理過程有對空值的處理、對無用信息進行消減等步驟。系統(tǒng)中采用忽略的方式解決因為缺考、作弊產(chǎn)生的空值。將開課單位、班級、學期、科目類型、代課老師等無關(guān)字段刪去，只保留學號、姓名、性別、科目、考核方式、平時成績、期末成績和最后的成績等字段。

數(shù)據(jù)的離散型處理分兩過程組成：一先將成績按是否大于等于60分來判斷成績是否合格劃分，二將上一步60分以上的成績執(zhí)行下列步驟：一是將成績數(shù)據(jù)進行排序；二是去除重復數(shù)據(jù)；三是根據(jù)相應的比例劃分等級；四是根據(jù)確立好的等級標準離散化數(shù)據(jù)。

比如期末考試成績（67，87，69，79，77，88，79，86，79，60，70，71，76，98，89，…）將分數(shù)從高到低排序，并去除重復的值，（98，89，88，87，86，79，77，76，71，70，69，67，60，…），可將成績的25%，50%，25%劃分A、B、C三個等級，把產(chǎn)生的等級作為成績表中新的字段值。最后需在原成績表中的字段XH（學號）、XM（姓名）、KM（科目）、PC（平時成績）、QC（期末成績）、ZC（綜合成績）中增加字段PCDJ（平時成績等級）、QCDJ（期末成績等級）、YX（優(yōu)秀否）、JG（及格否）。

利用ID3算法構(gòu)造決策樹。該算法是遞歸算法的一種，其算法思想：（1）首先生成一個結(jié)點。（2）根據(jù)判斷是否屬于同一類的結(jié)果來確定是否是葉結(jié)點，如果是，該結(jié)點是葉結(jié)點。（3）如果否，依據(jù)信息增益的基于熵的度量啟發(fā)信息，重新選擇屬性，將數(shù)據(jù)樣本進行分類，成為該結(jié)點測試和判定屬性。（4）再根據(jù)測試屬性的每一個值，創(chuàng)建一個分支，以此劃分樣本數(shù)據(jù)，所有的屬性都進行離散化轉(zhuǎn)化。該算法符合以下三種情況遞歸結(jié)束：一是結(jié)點的數(shù)據(jù)屬于同一類；二是數(shù)據(jù)全部屬性都測試完，沒有可利用的屬性來劃分數(shù)據(jù)；三是分支沒有數(shù)據(jù)樣本了，遇到此情況下創(chuàng)建一個葉結(jié)點。

算法步驟：

輸入：由離散值屬性表示的樣本值samp，候選屬性集合att_list

（1）初始化一個結(jié)點M。

（2）如果結(jié)點中的所有樣本都屬于同一類別B，該結(jié)點屬于葉結(jié)點。

（3）返回決策樹tree，B為結(jié)點的類標記。

（4）判斷att_list是否為空。

（5）如果空，該決策樹為單結(jié)點樹，B記作類別個數(shù)最多的類別。

（6）如果非空，在att_list里選擇一個最大的信息增益的屬性特征m_att。

（7）m_att的信息增益和閾值相比，如果m_att 大，則決策樹為單結(jié)點樹，B作為實例數(shù)最大的類的類標記。

（8）如果m_att小，對m_att的取值mm，根據(jù)取值劃分樣本值子集sampi，將子集中實例數(shù)最大的類作為標記，創(chuàng)建子結(jié)點，由結(jié)點和其子樹構(gòu)成決策樹，返回。

（9）對下個子結(jié)點，以sampi為新的樣本值數(shù)據(jù)集，以att_list-{m_att}為候選屬性遞歸重復以上步驟。

創(chuàng)建好決策樹后，使用后剪枝方法中代價復雜性剪枝對樹進行修剪。此算法需要計算樹中每個非葉結(jié)點刪去該結(jié)點后子樹所產(chǎn)生的期望錯誤率，低的期望錯誤率則修剪該子樹，否則保留該子樹。

決策樹剪枝完成后，將決策樹分析出的信息進行提取，生產(chǎn)成績系統(tǒng)的評估模型，也就是生成分類規(guī)則，產(chǎn)生學生的考核等級，可預測學生的成績是否及格或優(yōu)秀，分析規(guī)則，分析影響學生成績的原因。

4 結(jié)束語

目前，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)處于不斷的探索和研究過程中，在完善數(shù)字化校園系統(tǒng)的過程中利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)讓數(shù)據(jù)變得更加有用，使數(shù)字化校園系統(tǒng)功能更加完善。